Ottica 1
A.A. 2021/2022
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti competenze teoriche e
informazioni applicative di Ottica Classica.
Gli obiettivi formativi sono:
che lo studente segua alcune delle derivazioni classiche delle leggi dell'ottica, partendo da principi primi.
che lo studente si renda conto del legame dell'ottica con le teorie dell'elettromagnetismo, della relatività e della meccanica quantistica.
che lo studente conosca, sia da un punto di vista fenomenologico, che da un punto di vista teorico, i principali fenomeni ottici.
che lo studente abbia contezza e apprezzi le potenzialità applicative dell'ottica.
informazioni applicative di Ottica Classica.
Gli obiettivi formativi sono:
che lo studente segua alcune delle derivazioni classiche delle leggi dell'ottica, partendo da principi primi.
che lo studente si renda conto del legame dell'ottica con le teorie dell'elettromagnetismo, della relatività e della meccanica quantistica.
che lo studente conosca, sia da un punto di vista fenomenologico, che da un punto di vista teorico, i principali fenomeni ottici.
che lo studente abbia contezza e apprezzi le potenzialità applicative dell'ottica.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del corso potrà aver acquisito le seguenti abilità:
1. collocare i fenomeni ottici nell'ambito dei più generali fenomeni elettromagnetici;
2. conoscere le leggi della riflessione e della rifrazione come esempio di applicazione delle condizioni al contorno dei campi elettromagnetici e conoscerne le più comuni applicazioni;
4. conoscere il modello di Drude-Lorentz e analizzare la dispersione di un dielettrico;
5. riconoscere alcuni dei più comuni fenomeni connessi alla dispersione ed all'assorbimento;
6. conoscere il problema della velocità della luce, le sue basi sperimentali e la trattazione relativistiva;
7. conoscere i vari tipi di interferometri e le loro applicazioni nella diagnostica di radiazione;
8. conoscere i dettagli della teoria della diffrazione e le sue più importanti applicazioni;
10. conoscere il problema e le leggi della coerenza con relative applicazioni.
1. collocare i fenomeni ottici nell'ambito dei più generali fenomeni elettromagnetici;
2. conoscere le leggi della riflessione e della rifrazione come esempio di applicazione delle condizioni al contorno dei campi elettromagnetici e conoscerne le più comuni applicazioni;
4. conoscere il modello di Drude-Lorentz e analizzare la dispersione di un dielettrico;
5. riconoscere alcuni dei più comuni fenomeni connessi alla dispersione ed all'assorbimento;
6. conoscere il problema della velocità della luce, le sue basi sperimentali e la trattazione relativistiva;
7. conoscere i vari tipi di interferometri e le loro applicazioni nella diagnostica di radiazione;
8. conoscere i dettagli della teoria della diffrazione e le sue più importanti applicazioni;
10. conoscere il problema e le leggi della coerenza con relative applicazioni.
Periodo: Secondo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Secondo semestre
Programma
Storia dell'Ottica
Generalità sulle onde
Equazioni di Maxwell. Equazione delle onde.Spettro elettromagnetico.
Condizioni di contorno.
Riflessione e rifrazione
Incidenza sulla superficie di separazione tra due mezzi dielettrici.
Formule di Snell-Descartes. Formule di Fresnel. Esempi: ologrammi dei concerti, fantasma di Pepper. Angolo di polarizzazione.
Riflessione totale. Esempi ed applicazioni.
Dispersione
Dispersione ei prisma. Formula di Cauchy e di Sellmayer. Teoria lineare della dispersione e dell'assorbimento nei dielettrici.
Modello di Drude-Lorentz. Colori per assorbimento e riflessione. Esempi ed applicazioni: l'arcobaleno, aloni frequenti e rari.
Ottica geometrica
Equazione dell'iconale. Equazioni dei raggi,Propagazione in mezzi
disomogenei, miraggio, fata morgana.
Fibre ottiche step index e gradued index. Trattazione matriciale. Lenti, Specchi, sistemi ottici complessi. Esempi: canocchiale,
microscopio, occhio.
Interferenza
Richiami e discussione.Interferometri (Young, Michelson, Fabry-Perrot). Interferenza da lamine sottili. Esempi ed applicazioni:
anelli di Newton, misura di lunghezza d'onda. Cavità ottiche.
Velocità della luce
Velocità di fase e di gruppo. Misura di c. Esperimenti prerelativistici. Esperimento di Michelson e Morley. Relatività speciale. Effetti relativistici.
Effetto Doppler, scattering Thomson. Propagazione nei mezzi dispersivi. Superluminalità.
Diffrazione
Teoria scalare di Kirchhoff, integrale di diffrazione. Approssimazione lineare,
teoria di Fraunhofer. Aperture circolari e rettangolari. Analisi di Fourier, teore-
ma dell'array, doppia fenditura. Trasformazioni di Fresnel, approssimazione
parabolica, diffrazione di Fresnel. Formazione dell'immagine in luce coerente.
Applicazioni: filtraggio spaziale, elaborazione dell'immagine, microscopio a
contrasto di fase. Ottica dei fasci Gaussiani. Olografia. Speckles.
Coerenza e ottica statistica
Coerenza temporale e tempo di coerenza. Trattazione statistica e modelli a
sorgenti termiche. Coerenza spaziale. Esperienza di Young, teorema di
Van Cittert-Zernicke, lunghezza di coerenza trasversa. Immagini a contrasto di fase.
Ottica non lineare
Oscillatore anarmonico e polarizzazione non lineare. Propa-
gazione nei dielettrici con non linearità quadratiche. Condizioni di phase
matching. Generazione di seconda armonica. Autocorrelatore. Amplificazione e oscillazioni
parametriche. Non linearità cubiche: effetto kerr ottico, self focusing, solitoni
spaziali. Four wave mixing e specchi a coniugazione di fase. Solitoni temporali.
Teoria quantistica
Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Ipotesi di Plank. Transizioni energetiche. Il laser.Esperimento di Young
con fotoni.
Generalità sulle onde
Equazioni di Maxwell. Equazione delle onde.Spettro elettromagnetico.
Condizioni di contorno.
Riflessione e rifrazione
Incidenza sulla superficie di separazione tra due mezzi dielettrici.
Formule di Snell-Descartes. Formule di Fresnel. Esempi: ologrammi dei concerti, fantasma di Pepper. Angolo di polarizzazione.
Riflessione totale. Esempi ed applicazioni.
Dispersione
Dispersione ei prisma. Formula di Cauchy e di Sellmayer. Teoria lineare della dispersione e dell'assorbimento nei dielettrici.
Modello di Drude-Lorentz. Colori per assorbimento e riflessione. Esempi ed applicazioni: l'arcobaleno, aloni frequenti e rari.
Ottica geometrica
Equazione dell'iconale. Equazioni dei raggi,Propagazione in mezzi
disomogenei, miraggio, fata morgana.
Fibre ottiche step index e gradued index. Trattazione matriciale. Lenti, Specchi, sistemi ottici complessi. Esempi: canocchiale,
microscopio, occhio.
Interferenza
Richiami e discussione.Interferometri (Young, Michelson, Fabry-Perrot). Interferenza da lamine sottili. Esempi ed applicazioni:
anelli di Newton, misura di lunghezza d'onda. Cavità ottiche.
Velocità della luce
Velocità di fase e di gruppo. Misura di c. Esperimenti prerelativistici. Esperimento di Michelson e Morley. Relatività speciale. Effetti relativistici.
Effetto Doppler, scattering Thomson. Propagazione nei mezzi dispersivi. Superluminalità.
Diffrazione
Teoria scalare di Kirchhoff, integrale di diffrazione. Approssimazione lineare,
teoria di Fraunhofer. Aperture circolari e rettangolari. Analisi di Fourier, teore-
ma dell'array, doppia fenditura. Trasformazioni di Fresnel, approssimazione
parabolica, diffrazione di Fresnel. Formazione dell'immagine in luce coerente.
Applicazioni: filtraggio spaziale, elaborazione dell'immagine, microscopio a
contrasto di fase. Ottica dei fasci Gaussiani. Olografia. Speckles.
Coerenza e ottica statistica
Coerenza temporale e tempo di coerenza. Trattazione statistica e modelli a
sorgenti termiche. Coerenza spaziale. Esperienza di Young, teorema di
Van Cittert-Zernicke, lunghezza di coerenza trasversa. Immagini a contrasto di fase.
Ottica non lineare
Oscillatore anarmonico e polarizzazione non lineare. Propa-
gazione nei dielettrici con non linearità quadratiche. Condizioni di phase
matching. Generazione di seconda armonica. Autocorrelatore. Amplificazione e oscillazioni
parametriche. Non linearità cubiche: effetto kerr ottico, self focusing, solitoni
spaziali. Four wave mixing e specchi a coniugazione di fase. Solitoni temporali.
Teoria quantistica
Effetto fotoelettrico. Effetto Compton. Ipotesi di Plank. Transizioni energetiche. Il laser.Esperimento di Young
con fotoni.
Prerequisiti
Basi elementari di meccanica classica ed elettromagnetismo.
Metodi didattici
Lezione frontale con ausili audiovisivi.
Materiale di riferimento
Slide delle lezioni.
Testi consigliati:
Hetch: Optics
Klein,Furtak: Optics
Arnold Sommerfeld: Optics
Born, Wolf: Optics
Wolf : Theory of Coherence and Polarization of light
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Born, Wolf: Optics
Wolf : Theory of Coherence and Polarization of light
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Esame orale.
Valutazione di conoscenze e comprensione.
Valutazione di conoscenze e comprensione.
Docente/i